Лекции по Концепциям современного естествознания (Белкова Ю. А.)

Кирилл Николоев вс, 12.03.2017 15:27

Самоорганизация сложных природных систем. Иерархия структурных форм материи. Познание природы предполагает изучение каждой формы материи в отдельности. К настоящему времени выделены следующие формы неживой материи: вакуум, поля, элементарные частицы, ядра атомов, атомы, молекулы, макротела, планеты и планетные системы, звезды, галактики, Вселенная. Эти формы обладают признаком иерархической системы:

Каждая последующая структурная форма является более сложной, т.к. включает в качестве составной части предыдущую, более простую форму, причем при переходе от менее сложных к более сложным формам появляются качественно новые свойства.

Так, из элементарных частиц образуются атомы, которые обладают качественно новым свойством – способностью к химическому взаимодействию с образованием молекул. Атомы объединяются в макротела, которые также приобретают качественно новые свойства, например упругость. Живым организмам, состоящим из молекул, присущи свойства, которых нет у других материальных форм. Наиболее сложной из известных материальных структур является человеческое общество (социум).

Структурное разнообразие в природе можно рассматривать как результат последовательно происходящих в ней качественных изменений. Описание процессов возникновения качественно новых структур связано с переходом к эволюционной парадигме, основанной на взглядах Дарвина. Существенной особенностью эволюционного естествознания является:

Рассмотрение многообразия и иерархичности материальных структур как закономерного результата всеобъемлющего эволюционного процесса; Поиск закономерностей, единых для всех разнообразных процессов развития – фундаментальных законов эволюции.

Лекция 13. Термодинамика и энергетика живых существ. Живая система, как и любая иная природная система, подчиняется законам термодинамики. Ее элементы постоянно разрушаются и образуются вновь. Этот процесс называется биологическим обновлением. Для его обеспечения необходим постоянный приток вещества и энергии извне, а также вывод во внешнюю среду части продуктов биохимических процессов, включая тепло. Таким образом, любые живые организмы являются открытыми неравновесными термодинамическими системами. Если условия существования системы неизменны, т.е. потоки вещества и энергии остаются постоянными, то неравновесное состояние является стационарным. Для живых систем это означает следующее:

В течение времени жизни системы ее элементы подвергаются распаду, обусловленному увеличением энтропии; Для компенсации неупорядоченности, возникающей в результате распада, в системе совершается работа по синтезу новых элементов взамен распавшихся; эта работа приводит к уменьшению энтропии (негоэнтропии) в живой системе, но одновременно повышает энтропию в окружающей среде.

Таким образом, для возникновения и существования живого организма необходимы источники, снабжающие его веществом и энергией, обладающие высокой негоэнтропией. Этими источниками являются органические вещества с запасенной в них химической энергией.

Круговорот веществ. Пищевые цепочки. Часть организмов синтезируют органические вещества из неорганических веществ (например, углекислого газа и воды) под действием солнечного света (фотосинтез) или в процессе окисления (хемосинтез, характерный для некоторых бактерий). Такие организмы называются автотрофами. Большинство автотрофов – зеленые растения, осуществляющих фотосинтез. При фотосинтезе энергия ЭМ излучения аккумулируется в виде энергий химических связей органических соединений.

СО2 +Н2О (+hν)  углеводород + О2 Другая часть организмов (например, все животные и человек) называются гетеротрофами и потребляют энергию из готовых органических веществ, синтезированных автотрофами. Извлечение энергии из питательных веществ происходит при их расщеплении (катаболизме). Освободившаяся энергия расходуется на синтез необходимых веществ (анаболизм) при использовании кислорода (дыхании)

углеводород + О2  СО2 +Н2О + энергия Регулирование притока кислорода при дыхании позволяет регулировать процесс выделения энергии и запасать ее часть для использования в определенной ситуации в нужном месте организма. Хранение энергии производится в виде химических связей промежуточных соединений аденозинтрифосфатов (АТФ) и затрачивается по мере необходимости на процессы синтеза в клатках, перенос веществ в организме, механическое движение, выделение тепла и др.

Между автотрофами и гетеротрофами существует пищевая (трофическая) связь. Живые системы образуют пищевые цепочки: энергия солнечного ЭМ излучения  растения, осуществляющие фотосинтез  травоядные  хищники  … микробы, перерабатывающие вещество отмерших организмов в неорганическое вещество. Впоследствии молекулы этих веществ могут участвовать в образовании живых существ. Таким образом, в биосфере сформирован глобальный круговорот веществ, который обусловлен т.н. геохимическими циклами.

Скачать файлы

Похожие документы